永久續(xù)航|低功耗物聯(lián)網設備利用能量采集技術實現(xiàn)無源化運行

物聯(lián)網技術的進步加速了萬物智能化的進程，數(shù)以億級的傳感器組成一個個物聯(lián)網生態(tài)系統(tǒng)幫助人們實現(xiàn)了生活方式和生產方式的轉型，特別是隨著“碳中和”及數(shù)字經濟議題在全球范圍成為共識之后，越來越多的行業(yè)開始將物聯(lián)網融入自身發(fā)展轉型的戰(zhàn)略規(guī)劃之中。

各行各業(yè)利用物聯(lián)網進行智能化升級

作為數(shù)字經濟的重要支撐，物聯(lián)網憑借可靠的數(shù)據(jù)監(jiān)測、管理能力一直以來備受各大行業(yè)追捧，但隨著行業(yè)規(guī)模的持續(xù)增長，有部分業(yè)內專家卻對物聯(lián)網的未來表示了擔憂，根本原因在于傳統(tǒng)物聯(lián)網設備生命周期內持續(xù)供電的難題無法解決。

根據(jù)Statista的預測，到2025年，全球將有超過750億臺物聯(lián)網設備，而這些設備當中將有數(shù)十億甚至上百億臺依靠布線或者需要定期、多次更換電池供電，對于已部署或需要部署大型物聯(lián)網生態(tài)以期完成數(shù)字化轉型的企業(yè)而言，這一模式所帶來的人力物力成本將異常高昂，同時也極大的限制了物聯(lián)網行業(yè)發(fā)展的上限。

化工廠等大型制造業(yè)部署大量傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)

近年來，在智慧工業(yè)、智慧醫(yī)療、智能家居等領域，新興應用不斷涌現(xiàn)，例如智能手環(huán)、智能醫(yī)療身份卡片、智能溫度計等物聯(lián)網產品，不僅要實現(xiàn)更復雜的功能需求，還要求以更低的功耗持續(xù)運行，以減少頻繁更換電池或者頻繁充電造成糟糕的用戶使用體驗。

除此之外，尺寸的限制也給物聯(lián)網設備續(xù)航時長帶來了挑戰(zhàn)，以工業(yè)領域的定位標簽（UWB）為例，這類產品往往體積較小，可以更方便地部署到叉車等移動工業(yè)設備、物料倉庫甚至是附加到員工的衣服上，并持續(xù)追蹤這些監(jiān)測對象的實時位置數(shù)據(jù)。這意味著管理員可以監(jiān)控運輸和交付，可以精確跟蹤原材料庫存，可以提高人員安全性并減少召集和救援行動所需的時間。

此外，在功能方面，這類產品又需要提供持續(xù)的高精度追蹤或者緊急按鈕功能。在種種嚴苛的條件下，產品必須要長期處于低功耗的模式下才能完成相應的任務，這無疑對電池尺寸、設備續(xù)航提出了更高的要求。

工業(yè)定位標簽普遍對體積有較高的要求

為了解決這些難題，工程師們也在試圖延長電池的續(xù)航以減少更換頻次，例如近些年大火的低功耗廣域網（LPWAN）技術，憑借對功耗的極度優(yōu)化，可支持終端設備電池續(xù)航五至八年。但相應的，使用者也需要為更久的續(xù)航付出代價，這項技術之所以能延長電池續(xù)航，主要原因在于其限定了極低的帶寬和數(shù)據(jù)上傳頻次，大多數(shù)LPWAN技術每天只能發(fā)送少于1，000 字節(jié)的數(shù)據(jù)，或每秒發(fā)送的數(shù)據(jù)少于5，000位。其余時間它大多被迫處于休眠或者低功耗模式，依賴電池提供極低功耗維持運作。

采用此類低功耗技術的確能夠延長設備的續(xù)航時長，但低頻次的數(shù)據(jù)傳輸將使管理員對信息的掌握嚴重滯后，如果監(jiān)測對象是工業(yè)電機、化工管道等對數(shù)據(jù)及時性要求較高的產品時，不同步的數(shù)據(jù)可能導致嚴重的運營生產事故發(fā)生。

工業(yè)電機意外停機易造成巨大損失

相比芯片、傳感器等元器件的性能更新速度，電池技術的進步迭代顯得尤為緩慢，一部分業(yè)內公司開始積極探索其他能為物聯(lián)網設備供電的方法，比如從環(huán)境中采集各種微弱的能量，并將這些能量轉化為電力為后端的低功耗設備進行供電，從而無需受外部電池或者有限電源限制，達成能量自足的狀態(tài)，這種技術被稱為能量采集技術。

與傳統(tǒng)采用電池或者布線為設備進行供電的原理不同，能量采集是指通過采集當?shù)丨h(huán)境的能量——無論是以光能、溫差能、振動能、射頻能或者其他形式轉化為電能的發(fā)電技術，以這種方式產生的電力可以儲存在電容器或可充電電池中以維持物聯(lián)網電子系統(tǒng)正常工作。

飛英思特能量采集技術

憑借在能量采集技術方面多年的鉆研，飛英思特推出了用于低功耗物聯(lián)網供電的微能量管理模組，大幅降低了物聯(lián)網設備對電池的依賴，甚至在條件滿足的前提下可實現(xiàn)無源化永久續(xù)航。

不同于電池固有的能量密度，環(huán)境中的能量普遍較微弱且分散，想要采集這些能量本就并非易事，但隨著物聯(lián)網的不斷發(fā)展，未來的物聯(lián)設備應用場景肯定是趨向多元化。飛英思特通過對能量采集技術各個方面的不斷優(yōu)化，目前在光能能量采集領域已創(chuàng)新性地實現(xiàn)了在低至50lux（晴天室外光照度30000lux—130000lux/室內日光燈光照度100lux）的低照度環(huán)境下實現(xiàn)取能，能量管理效率高達98%，遠高于國外企業(yè)同照度下的能量管理效率。

在如此低的光照度下成功實現(xiàn)取能并維持設備長期可靠運行，也意味著飛英思特所推出的微能管理模組可為更多的弱光場景，例如智能建筑、農業(yè)種植、工廠等場所提供無源無線的供電解決方案。此外，無需電池的設計對于整體投入成本也有著明顯優(yōu)勢，假設一家工廠采用電池為上萬個物聯(lián)網設備實施管道監(jiān)測進行供電，那么后期為這些設備定期更換電池勢必會產生不菲的人力物力成本，而采用無源無線的供電方案后，將無需如此高頻的維護，可節(jié)約大量成本。

飛英思特模組可為各種場景提供免電池方案

除了能量采集的效率之外，另一個相關挑戰(zhàn)是設備的穩(wěn)定運行，而這與能量的收集與管理息息相關，例如太陽能在白天可通過采集可用的陽光實現(xiàn)運行，然而在夜間無光源的情況下，如何保障設備穩(wěn)定工作成為了問題的關鍵。得益于精細化的能量管理技術，飛英思特所推出的微光能管理模組可通過白天持續(xù)捕獲環(huán)境中的微光能，并將多余的能量儲存在電容之中，以便在夜間無光源的情況下支撐設備正常工作，最終實現(xiàn)無間斷的可靠運行。

為了滿足多元化的應用場景，飛英思特還推出了不同系列的微能管理模組，例如REVOMINDS^? FEH610是專為光能設計的微光能管理模組，REVOMINDS^? FEH710則是可在±2攝氏度溫差環(huán)境下實現(xiàn)取能的TEG溫差能管理模組，此外，還有REVOMINDS^? FEH620，一款可以應用于微光能、射頻能、微動能采集和管理的復合環(huán)境能量管理模組。憑借多能量的采集形式，開發(fā)工程師可利用REVOMINDS? FEH620輕松設計出能夠采集、管理多種能量源的無源無線產品，這將進一步增強產品能量供給來源的多樣化和穩(wěn)定性，提高設備的運行時長。

飛英思特復合環(huán)境能量管理模組FEH620

另一方面，得益于微能管理模組高度集成化的設計，使得模組體積也得到了進一步的縮小，不僅消除了電池供電固有的種種弊端，也為后續(xù)的產品開發(fā)設計節(jié)約了大量的時間成本和BOM成本。工程師只需將換能器（如光伏電池）插入能量收集模組，再將后端電路連接到輸出即可。整個過程無需過多的工程研發(fā)，即可快速實現(xiàn)無源產品的原型設計。例如工業(yè)領域的熱力管道監(jiān)測傳感器、工業(yè)電機監(jiān)測傳感器，智能家居領域的門磁、溫濕度計，零售行業(yè)的電子價簽等各類小型設備都可以利用飛英思特的無源無線供電方案實現(xiàn)。

隨著數(shù)字化時代的來臨，相信會有越來越多的企業(yè)開始采納免電池的供電方案，這一舉措不僅減少了污染物的產生，其節(jié)約的成本也非?？捎^。特別是在工業(yè)、農業(yè)等領域，物聯(lián)網設備的快速增加勢必會大量提高成本，而這種具備可持續(xù)性且擁有更高性價比的無源供電方案無疑更有優(yōu)勢，能幫助各行各業(yè)低成本完成數(shù)字化轉型，進一步提高企業(yè)核心競爭力。